(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉが９９．９９重量％以上含まれる下地電極と、
前記下地電極上に積層された二つ以上の誘電体層と、
前記誘電体層の間に積層された、主成分としてＮｉを含有し、更にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する内部電極と、
前記誘電体層及び前記内部電極を挟んで前記下地電極の反対側に積層された、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極と、を備える薄膜コンデンサ。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であって、
前記下地電極と、前記下地電極上に積層された二つ以上の誘電体膜と、前記誘電体膜の間に積層された、主成分としてＮｉを含有し、更にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する内部電極層と、を形成した後、前記下地電極、前記二つ以上の誘電体膜及び前記内部電極層を同時に焼成することにより、積層体を形成する工程と、
前記積層体における前記下地電極の反対側に位置する表面に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極層を形成する工程と、
前記誘電体膜、前記内部電極層及び前記上部電極層をそれぞれパターニングすることによって、前記誘電体層、前記内部電極及び前記上部電極をそれぞれ形成する工程と、を備える薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であって、
前記下地電極と、前記下地電極上に積層された二つ以上の誘電体膜と、前記誘電体膜の間に積層された、主成分としてＮｉを含有し、更にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する内部電極層と、前記誘電体膜及び前記内部電極層を挟んで前記下地電極の反対側に積層され、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極層と、を備える積層体を形成する工程と、
前記積層体の形成後、前記誘電体膜、前記内部電極層及び前記上部電極層をそれぞれウェットエッチングすることによって、前記誘電体層、前記内部電極及び前記上部電極をそれぞれ形成する工程と、を備える薄膜コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜コンデンサ、及び薄膜コンデンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集積回路（ＬＳＩ：Large  Scale  Integration）の電源電圧のゆらぎに伴って発生する電磁妨害（ＥＭＩ：Electro  Magnetic  Interference)を抑制するために、ディスクリートなキャパシタが電源と集積回路の電源端子とを接続する配線に配置される。このような用途のキャパシタには、近年の電子機器の小型化に伴い、薄型化や、配置の工夫が求められており、例えば、下記特許文献１又は非特許文献１に示すような薄膜キャパシタを薄膜状のシート内にアレイ状に形成し、そのシートをインターポーザやプリント基板の表面に直付けしけたり、薄膜キャパシタをインターポーザやプリント基板の内部に埋め込んだりすることが一般に行われている。また、ＥＭＩを抑制する用途に限らず、他の用途の薄膜キャパシタを、インターポーザやプリント基板の表面に直付けしたり、インターポーザやプリント基板の内部に埋め込んだりする場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１７１４２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】CARTS  Europe  2006  proceedings  pp273-280
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の薄膜キャパシタでは、誘電体層を薄くすることと共に、大きな静電容量が要求されるため、従来、比誘電率の高い誘電体材料を誘電体層に用いて、誘電体層の静電容量密度を高くする。現在、例えば誘電率が２００〜１０００である誘電体材料が誘電体層に用いられている。このような誘電体材料から誘電体層を形成する際は、層状に成形された誘電体材料を、８００℃以上の高温でアニール（焼成）して、誘電体を結晶化させることが必要である。そのため、上記非特許文献１に示されているように、薄膜コンデンサの基板として耐熱性の高いＳｉが用いられ、下地電極、内部電極及び上部電極として反応性が低いＰｔが用いられる。このような薄膜コンデンサを更に大容量化するためには、内部電極を介して誘電体層を複数積層することが有効である。例えば、１００５サイズの薄膜コンデンサの最大容量は、誘電体層数が１層である場合、１５．５ｎＦ、誘電体層数が２層である場合、２８ｎＦ、誘電体層数が３層である場合、４０ｎＦである。
【０００６】
しかしながら、Ｓｉからなる基板と、Ｐｔからなる下地電極、内部電極及び上部電極とを備える従来の薄膜コンデンサでは、必ずしも十分な静電容量を得られなかった。例えば、３層の誘電体層を備える１００５サイズの薄膜コンデンサでは、４０ｎＦ又は５０ｎＦを超える容量が得られていなかった。そのため、薄膜コンデンサの静電容量を増加させることが求められていた。
【０００７】
また、Ｓｉからなる基板と、Ｐｔからなる下地電極、内部電極及び上部電極とを備える従来の薄膜コンデンサでは、薄型化に伴ってリーク電流が大きくなる傾向があった。そのため、薄膜コンデンサのリーク電流を抑制することも求められていた。
【０００８】
さらに、従来の薄膜コンデンサは、Ｓｉ、Ｐｔなどの高価な材料を用いて製造される。また、下地電極、内部電極及び上部電極がＰｔからなるため、多数積層された内部電極や上部電極のパターニングをドライエッチングで行う必要があり、ドライプロセス用の特殊な製造設備が必要となる。さらに、内部電極のドライエッチングには時間がかかってしまう。これらの理由から、従来の薄膜コンデンサの原材料費及び製造コストが高いことが問題であった。そのため、薄膜コンデンサの原材料費及び製造コストを低減することが求められていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、静電容量を増加させることができ、リーク電流を減少させることができるとともに、安価な薄膜コンデンサ、及び薄膜コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、鋭意研究の結果、薄膜コンデンサが備える下地電極、内部電極及び上部電極に含まれる各電極材料の組成の組合せによる相乗効果によって、静電容量を増加することができ、且つリーク電流を抑制できるとともに、薄膜コンデンサのコストを削減できることを見出し、下記本発明に至った。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の薄膜コンデンサは、Ｎｉを主成分とする下地電極と、下地電極上に積層された二つ以上の誘電体層と、誘電体層の間に積層された、主成分としてＮｉを含有し、更にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する内部電極と、誘電体層及び内部電極を挟んで下地電極の反対側に積層された、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の薄膜コンデンサによれば、Ｓｉからなる基板と、Ｐｔからなる下地電極、内部電極及び上部電極とを備える従来の薄膜コンデンサに比べて、静電容量を増加させることができると共に、リーク電流を減少させることができる。また、上記本発明の薄膜コンデンサは、Ｐｔより安価なＮｉ系金属からなる内部電極と、Ｐｔより安価なＣｕ又はＣｕ合金からなる上部電極とを備えるため、従来の薄膜コンデンサに比べて安価である。また、本発明の薄膜コンデンサではＮｉからなる下地電極が基板を兼ねる構成とすることもできる。この場合、基板と下地電極とを個別に設ける構成と比較して、より安価となる。
【００１３】
第一の発明の薄膜コンデンサの製造方法は、上記本発明の薄膜コンデンサを製造するための製造方法であって、下地電極と、下地電極上に積層された二つ以上の誘電体膜と、誘電体膜の間に積層された、主成分としてＮｉを含有し、更にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する内部電極層と、を形成した後、下地電極、二つ以上の誘電体膜及び内部電極層を同時に焼成することにより、積層体を形成する工程と、積層体における下地電極の反対側に位置する表面に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極層を形成する工程と、誘電体膜、内部電極層及び上部電極層をそれぞれパターニングすることによって、誘電体層、内部電極及び上部電極をそれぞれ形成する工程と、を備える。
【００１４】
第二の発明の薄膜コンデンサの製造方法は、上記本発明の薄膜コンデンサを製造するための製造方法であって、下地電極と、下地電極上に積層された二つ以上の誘電体膜と、誘電体膜の間に積層された、主成分としてＮｉを含有し、更にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する内部電極層と、誘電体膜及び内部電極層を挟んで下地電極の反対側に積層され、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極層と、を備える積層体を形成する工程と、積層体の形成後、誘電体膜、内部電極層及び上部電極層をそれぞれウェットエッチングすることによって、誘電体層、内部電極及び上部電極をそれぞれ形成する工程と、を備える。
【００１５】
上記第一の発明及び第二の発明によれば、上記本発明の薄膜コンデンサを容易に、且つ低コストで製造することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る薄膜コンデンサの製造方法は、下地電極と、下地電極上に積層された二つ以上の誘電体膜と、誘電体膜の間に積層された、主成分としてＮｉを含有し、更にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する内部電極層と、誘電体膜及び内部電極層を挟んで下地電極の反対側に積層された上部電極層と、を備える積層体を形成する工程と、積層体の形成後、誘電体膜、内部電極層及び上部電極層をそれぞれウェットエッチングすることによって、誘電体層、内部電極及び上部電極をそれぞれ形成する工程と、を備える。
【００１７】
上記の製造方法によれば、積層体を形成した後に誘電体膜、内部電極層、及び上部電極層をウェットエッチングすることにより、誘電体層、内部電極、及び上部電極のそれぞれを形成することができるため、各層ごとにパターニングしながら形成する場合と比べてプロセスを簡略化することができ、薄膜コンデンサをより安価に作製することができる。
【００１８】
ここで、積層体を形成する工程において、二つ以上の誘電体膜を同時に焼成する工程を含む態様とすることが好ましい。
【００１９】
上記の製造方法によれば、二つ以上の誘電体膜が同時に焼成されるため、各層毎に焼成する場合と比較して、焼成回数を減らすことができるため、積層体の各層に対する焼成による熱ダメージが低減され、より高い特性を有する薄膜コンデンサを得ることができる。また、焼成回数を減少することができるために薄膜コンデンサをより安価に作製することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、静電容量を増加させることができ、リーク電流を減少させることができるとともに、安価な薄膜コンデンサ、及び薄膜コンデンサの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜コンデンサの概略断面図である。
【図２】図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）は、図１に示す薄膜コンデンサ１００の製造方法において、ウェットエッチングにより上部電極１０を形成する工程を示す概略断面図である。
【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）は、図１に示す薄膜コンデンサ１００の製造方法において、ウェットエッチングにより誘電体層６を形成する工程を示す概略断面図である。
【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）は、図１に示す薄膜コンデンサ１００の製造方法において、ウェットエッチングにより内部電極８を形成する工程を示す概略断面図である。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）は、図１に示す薄膜コンデンサ１００の製造方法において、ウェットエッチングにより誘電体層４を形成する工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る薄膜コンデンサの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。また、本発明は下記実施形態のみに限定されるものではなく、あくまでも一実施形態である。
【００２３】
（薄膜コンデンサ）
本実施形態の薄膜コンデンサ１００は、図１に示すように、基板を兼ねた下地電極２と、下地電極２上に積層された誘電体層４と、誘電体層４上に積層された内部電極８と、内部電極８上に積層された誘電体層６と、誘電体層６上に積層された上部電極１０と、を備える。すなわち、薄膜コンデンサ１００は、下地電極２と、下地電極２上に積層された二つの誘電体層４、６と、誘電体層４と誘電体層６との間に積層された内部電極８と、誘電体層４、６及び内部電極８を挟んで下地電極２の反対側に積層された上部電極１０と、を備える。誘電体層４は、図１に示す薄膜コンデンサ１００の断面において途切れているが、積層方向に垂直な面内において連続している。同様に、誘電体層６、内部電極８及び上部電極１０も、それぞれ積層方向に垂直な面内において連続している。なお、以下では、下地電極２、誘電体層４、内部電極８、誘電体層６及び上部電極１０が順次重なる方向を「積層方向」と記す。
【００２４】
薄膜コンデンサ１００は、誘電体層４、内部電極８、誘電体層６及び上部電極１０を挟んで下地電極２の反対側に、一対の端子電極１２ａ、１２ｂを備える。一対の端子電極１２ａ、１２ｂのうち一方の端子電極１２ａは、下地電極２及び上部電極１０と電気的に接続されている。また、他方の端子電極１２ｂは、内部電極８と電気的に接続されている。また、一対の端子電極１２ａ、１２ｂは互いに電気的に絶縁されている。
【００２５】
また、薄膜コンデンサ１００は、下地電極２、誘電体層４、内部電極８、誘電体層６及び上部電極１０から構成される積層体と、一対の端子電極１２ａ、１２ｂとの間を満たす絶縁性のカバー層１４を備える。
【００２６】
内部電極８は、主成分としてＮｉを含有する。内部電極８に含まれるＮｉの含有量は、内部電極８全体に対して、５０ｍｏｌ％以上であることが好ましい。また、内部電極８は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種（以下、「添加元素」と記す。）、好ましくは、Ｐｄ、Ｉｒより選ばれる少なくとも一種を更に含有する。内部電極８が添加元素を含有することによって、内部電極８の途切れが防止されると共に、内部電極８の誘電体層４、６との界面における酸化が抑制される。その結果、本発明の効果が得られると共に、内部電極８の多層化がし易くなる。仮に、内部電極８がＮｉのみから構成される場合、内部電極８が途切れ易く、内部電極８の多層化がし難くなる。なお、内部電極８は複数種の添加元素を含有してもよい。また、内部電極８に含まれる添加元素の含有量は、内部電極８全体に対して０ｍｏｌ％より大きく３０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、５〜２０ｍｏｌ％であることがより好ましく、１０〜１５ｍｏｌ％であることが更に好ましい。これにより、本発明の効果を得易くなる。ここで、添加元素としてＰｄ、Ｉｒを用いた場合には上記効果が最も高くなるため、これらの元素が添加元素として好適に用いられる。
【００２７】
内部電極８の厚さは、例えば、１０〜１０００ｎｍ程度である。また、内部電極８の面積は、例えば、０．９×０．４ｍｍ２程度である。
【００２８】
下地電極２は、主成分としてＮｉを含有する。下地電極２を構成するＮｉの純度は高いほど好ましく、９９．９９重量％以上であることが好ましい。なお、本発明の効果を損なわない程度であれば、下地電極２に微量の不純物が含まれていても良い。下地電極２に含まれ得る不純物としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）またはクロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セシウム（Ｃｅ）等の遷移金属元素あるいは希土類元素等、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）等が挙げられる。これらの不純物が、後述する薄膜コンデンサの製造方法における焼成工程において、下地電極２から誘電体膜へ拡散すると、得られる誘電体層４、６の組成にずれを生じさせたり、誘電体膜の結晶化および結晶粒成長を阻害して微細構造を変化させたりして、得られる誘電体層４、６の絶縁抵抗を低下させる傾向がある。誘電体層４、６の組成のずれ又は微細構造の変化は、薄膜コンデンサ１００の静電容量を増加させる本発明の効果を弱めたり、及びリーク電流を減少させる本発明の効果を弱めたりする傾向がある。
【００２９】
下地電極２の厚さは、５〜１００μｍであることが好ましく、２０〜７０μｍであることがより好ましく、５０μｍ程度であることが更に好ましい。下地電極２の厚さが薄過ぎる場合、薄膜コンデンサ１００の製造時に下地電極２をハンドリンクし難くなる傾向があり、下地電極２の厚さが厚過ぎる場合、リーク電流を抑制する効果が小さくなる傾向がある。なお、下地電極２の面積は、例えば、１×０．５ｍｍ２程度である。
【００３０】
誘電体層４、６は、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）、（Ｂａ１−ｘＣａＸ）ＴｉＯ３、（Ｂａ１−ＸＳｒＸ）ＴｉＯ３（チタン酸バリウムストロンチウム）、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（ＺｒＸＴｉ１−Ｘ）３等のペロブスカイト構造を持った（強）誘電体材料や、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等に代表される複合ペロブスカイトリラクサー型強誘電体材料や、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９等に代表されるビスマス層状化合物、（Ｓｒ１−ＸＢａＸ）Ｎｂ２Ｏ６、ＰｂＮｂ２Ｏ６等に代表されるタングステンブロンズ型強誘電体材料等から構成される。ここで、これらのペロブスカイト構造、ペロブスカイトリラクサー型強誘電体材料、ビスマス層状化合物、タングステンブロンズ型強誘電体材料において、ＡサイトとＢサイト比は、通常整数比であるが、特性向上のため、意図的に整数比からずらしても良い。なお、誘電体層４、６の特性制御のため、誘電体層４、６に適宜、副成分として添加物質が含有されていてもよい。
【００３１】
誘電体層４、６の各厚さは、例えば、１０〜１０００ｎｍである。また、誘電体層４、６の各面積は、例えば、０．９×０．５ｍｍ２程度である。
【００３２】
上部電極１０はＣｕまたはＣｕ合金からなる。すなわち、上部電極１０は、高純度のＣｕまたはＣｕ合金から構成される。Ｃｕ合金としては、たとえばＮｉやＳｉを添加したコルソン系Ｃｕ合金、ＣｒやＳｎを添加したＣｕ合金、Ｎｉ−Ｆｅ系を添加したＣｕ合金などが挙げられる。なお、本発明の効果を損なわない程度であれば、上部電極１０に微量の不純物が含まれていても良い。上部電極１０に含まれ得る不純物としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、またはクロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セシウム（Ｃｅ）等の遷移金属元素あるいは希土類元素等、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）等が挙げられる。
【００３３】
端子電極１２ａ、１２ｂは、例えばＣｕ等の導電性材料から構成される。また、カバー層１４は、例えばポリイミド等の絶縁材料から構成される。
【００３４】
本実施形態では、上述のように、下地電極２がＮｉを含有し、且つ内部電極８が主成分のＮｉと添加元素とを含み、且つ上部電極１０がＣｕ又はＣｕ合金からなる。この場合、内部電極８の主成分であり、且つ下地電極２を構成するＮｉに対して、上部電極１０を構成するＣｕの仕事関数の差や、電極と誘電体層４、６の界面との酸化還元に伴う酸素の振舞いについて電極を構成する材料に由来する差等、それぞれ組成の異なる電極の組合せによる相乗効果によって、誘電体層４、６内の応力が小さくなり、また各電極と誘電体層４、６との界面の酸化還元状態が安定化するため、従来の薄膜コンデンサに比べて、薄膜コンデンサ１００の静電容量が増加し、リーク電流が減少する。
【００３５】
すなわち、後述するように、薄膜コンデンサ１００の製造では、Ｎｉを主成分とする下地電極２と、誘電体膜４ａ、６ａと、主成分であるＮｉと上記添加元素とを含有する内部電極層８ａとを、積層した状態で二層の誘電体膜４ａ、６ａを一括して焼成することが好ましい。これにより、後述する本発明の効果をより効果的に得ることができる。もちろん、積層した状態で一括して焼成するのではなく、従来のように、各誘電体膜の成膜後逐次に焼成を行っても良いが、この場合、コスト高となる。一方、本実施形態では、内部電極層８ａと誘電体膜４ａ、６ａとを同時に焼成することにより、内部電極層８ａおよび誘電体膜４ａ、６ａにおける酸化、焼きしまり、及び粒成長を最適に実現することができる。その結果、完成後の薄膜コンデンサ１００において、下地電極２、内部電極８及び誘電体層４、６の応力バランスにより、誘電体層４、６における応力が低い状態となり、大きな誘電率が実現され、静電容量が大きくなる。
【００３６】
また、誘電体層４、６における応力が低いため、応力によって誘電体層４、６が損傷し難い。また、下地電極２がＮｉを主成分として含有し、且つ内部電極８が主成分のＮｉと添加元素とを含み、且つ上部電極１０がＣｕ又はＣｕ合金からなるため、下地電極２と誘電体層４との界面、内部電極８と誘電体層４、６との界面、及び上部電極１０と誘電体層６との界面の酸化還元状態を安定化することができる。このように、誘電体層４、６が破損し難く、上記界面における酸化状態が安定する結果、薄膜コンデンサ１００におけるリーク電流を減少させることができる。
【００３７】
本実施形態の薄膜コンデンサ１００は、ＬＳＩの電源電圧の揺らぎにしたがって発生するＥＭＩを抑制する用途のキャパシタ、またはプリント基板への埋め込み、貼付けによってプリント基板への搭載が可能なキャパシタとして好適に用いられる。
【００３８】
（薄膜コンデンサ１００の製造方法）
次に、本実施形態の薄膜コンデンサ１００の製造方法の一例について説明する。
【００３９】
本実施形態の薄膜コンデンサ１００の製造方法は、Ｎｉを主成分として含有する下地電極と、下地電極上に積層された二つ以上の誘電体膜と、誘電体膜の間に積層され、主成分としてＮｉを含有し、更にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する内部電極層と、を備える積層体（以下、「第１積層体」と記す。）を形成した後に、第１積層体を焼成する工程（下地電極と、下地電極上に積層された二つ以上の誘電体膜と、誘電体膜の間に積層された内部電極層と、を形成した後、下地電極、二つ以上の誘電体膜及び内部電極層を同時に焼成することにより、積層体を形成する工程）と、焼成後の第１積層体における下地電極の反対側に位置する表面に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極層を形成して、下地電極、誘電体膜、内部電極層及び上部電極層を備える積層体（以下、「第２積層体」と記す。）を形成する工程と、第２積層体の形成後、誘電体膜、内部電極層及び上部電極層をそれぞれウェットエッチングすることによって、誘電体層、内部電極及び上部電極をそれぞれ形成する工程と、を備える。以下、各工程について詳細に説明する。
【００４０】
まず、図２（ａ）に示すように、下地電極２の表面全体に誘電体膜４ａを形成する。誘電体膜４ａの組成は、完成後の薄膜コンデンサ１００が備える誘電体層４と同様とすればよい。また、誘電体膜４ａの形成方法としては、ゾルゲル法やＭＯＤ法（有機金属化合物堆積法）等の溶液塗布焼成法、スパッタリング法等のＰＶＤ法又はＣＶＤ法等の成膜技術が挙げられる。これらの成膜技術のうち、特にスパッタリング法が好適に用いられる。上記の方法により形成された誘電体膜４ａは、一般的に誘電体がアモルファスの状態にある。
【００４１】
次に、誘電体膜４ａの表面全体に内部電極層８ａを形成する。内部電極層８ａの組成は、完成後の薄膜コンデンサ１００が備える内部電極８と同様とすればよい。また、内部電極層８ａの形成方法としては、ＤＣスパッタリング等が挙げられる。
【００４２】
さらに、内部電極層８ａの表面全体に誘電体膜６ａを形成する。これにより、下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜６ａを順次積層してなる第１積層体を得る。誘電体膜６ａの組成は、完成後の薄膜コンデンサ１００が備える誘電体層６と同様とすればよい。また、誘電体膜６ａの形成方法は、誘電体膜４ａと同様である。
【００４３】
次に、第１積層体を焼成する。第１積層体の焼成のタイミングであるが、順次積層ごとに焼成するか、好ましくは２層以上の誘電体膜４ａ、６ａを同時に焼成する。さらに好ましくは、全て、一括で第１積層体を焼成する。すなわち、本実施形態では、下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜６ａを備える第１積層体を焼成することなく形成した後に、第１積層体を焼成する。焼成時の温度は、誘電体膜４ａ、６ａが焼結（結晶化）する温度とすることが好ましく、具体的には５００〜１０００℃であることが好ましい。また、焼成時間は５分〜２時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、特に限定されず、酸化性雰囲気、還元性雰囲気、中性雰囲気の何れでも良いが、少なくとも、下地電極２、内部電極層８ａが酸化しない程度の酸素分圧下で焼成することが好ましい。さらに好ましくは、上記の焼成工程の少なくとも一部において、電離真空計で測定される圧力が１×１０−９〜１×１０３Ｐａである減圧雰囲気下で第１積層体を５５０〜１０００℃に加熱することが好ましい。
【００４４】
ここで、第１積層体を焼成する工程において、第１積層体を１×１０−９〜１×１０３Ｐａの減圧雰囲気下で熱処理することにより、高い誘電率を有する誘電体膜が得られる。このような特定範囲の圧力下で熱処理を行うことにより、Ｎｉ箔等からなる内部電極層８ａの酸化が抑制されるとともに、得られる誘電体膜の酸素空位濃度が低く抑えられる。そのため、焼成後に誘電体膜を再酸素化することなく、高い誘電率を発現可能な誘電体膜が得られる。なお、焼成時８ａの圧力が１×１０３Ｐａを超えると金属からなる内部電極層の酸化が進行する等の不具合が発生する場合がある。内部電極層８ａが酸化されると、誘電体膜の高い誘電率が発現し難くなる傾向がある。また、１×１０−９Ｐａ未満の圧力下では内部電極層８ａの蒸発が生じやすくなる傾向がある。内部電極層８ａが蒸発すると、リーク電流が増大する傾向がある。なお、焼成時の熱処理は、上記圧力範囲外の圧力下で加熱する過程を部分的に含んでいてもよいが、上記圧力範囲内で少なくとも１〜６０分間加熱する過程を含んでいることが好ましい。
【００４５】
上記の焼成時における上記圧力は、一般的には、１×１０−５〜１×１０２Ｐａであることが好ましく、１×１０−３〜１０Ｐａであることがより好ましい。特に、内部電極層８ａがＣｕからなる場合には上記圧力が４×１０−１〜８×１０−１Ｐａであることが好ましいが、本実施形態に係る積層体のように内部電極層８ａの主成分がＮｉである場合には上記圧力が２×１０−３〜８×１０−１Ｐａであることが好ましい。また、第１積層体の焼成時は、第１積層体を４００〜１０００℃に加熱することが好ましく、５５０〜１０００℃に加熱することがより好ましく、６００〜９００℃に加熱することがさらに好ましい。焼成時の加熱温度が５５０℃未満であると、理論密度に対して７２％を超える密度を有する誘電体膜を得ることが困難になる傾向にある。また、この加熱温度が高くなると、リーク電流が増大する傾向にある。
【００４６】
第１積層体を焼成した後、図２（ａ）に示すように、誘電体膜６ａの表面全体に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極層１０ａを形成する。これにより、下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ、誘電体膜６ａ及び上部電極層１０ａを順次積層してなる第２積層体２００を得る。なお、上部電極層８ａの形成方法としては、ＤＣスパッタリング等が挙げられる。
【００４７】
次に、第２積層体２００に対して熱処理を施す。熱処理は、１５０℃以上の減圧雰囲気下で行えばよい。ここで、減圧雰囲気とは、１気圧（＝１０１３２５Ｐａ）より低い圧力を有する雰囲気を意味する。熱処理を行うことにより、電気特性を安定化することができる。
【００４８】
次に、以下に示すように、上部電極層１０ａ、誘電体膜６ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜４ａを順次ウェットエッチングでパターニングすることによって、上部電極１０、誘電体層６、内部電極８及び誘電体層４をそれぞれ形成する。
【００４９】
まず、熱処理後、上部電極層１０ａの表面にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーによって、完成後の薄膜コンデンサ１００が備える上部電極１０に対応したパターンを有するマスク２０ａを形成する（図２（ｂ）参照）。マスク２０ａの形成後、上部電極層１０ａをエッチング液でエッチングして、上部電極１０を形成する（図２（ｃ）参照）。上部電極１０を形成した後、上部電極１０の表面を被覆するマスク２０ａを剥離する。なお、上部電極１０を形成するためのフォトレジストとしては、例えば、東京応化社製OFPR-800を用いればよい。また、上部電極１０を形成するためのエッチング液としては、上部電極層１０ａを侵食し、且つ上部電極層１０ａに隣接する誘電体膜６ａ及びマスク２０ａを侵食しないものを用いればよく、例えば、過硫酸アンモニウム水溶液を用いればよい。
【００５０】
次に、図３（ａ）に示すように、積層体２００ａが備える上部電極１０及び誘電体膜６ａの表面にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーによって、完成後の薄膜コンデンサ１００が備える誘電体層６に対応したパターンを有するマスク２０ｂを形成する。マスク２０ｂの形成後、誘電体膜６ａをエッチング液でエッチングして、誘電体層６を形成する（図３（ｂ）参照）。誘電体層６を形成した後、上部電極１０及び誘電体層６の表面を被覆するマスク２０ｂを剥離する。なお、誘電体層６を形成するためのフォトレジストとしては、例えば、東京応化社製OFPR-800を用いればよい。また、誘電体層６を形成するためのエッチング液としては、誘電体膜６ａを侵食し、且つ誘電体膜６ａに隣接する内部電極層８ａ及びマスク２０ｂを侵食しないものを用いればよく、例えば、塩酸＋フッ化アンモニウム水溶液を用いればよい。
【００５１】
次に、図４（ａ）に示すように、積層体２００ｂが備える上部電極１０、誘電体層６及び内部電極層８ａの表面にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーによって、完成後の薄膜コンデンサ１００が備える内部電極８に対応したパターンを有するマスク２０ｃを形成する。マスク２０ｃの形成後、内部電極層８ａをエッチング液でエッチングして、内部電極８を形成する（図４（ｂ）参照）。内部電極８を形成した後、上部電極１０、誘電体層６及び内部電極８の表面を被覆するマスク２０ｃを剥離する。なお、内部電極８を形成するためのフォトレジストとしては、例えば、東京応化社製OFPR-800を用いればよい。また、内部電極８を形成するためのエッチング液としては、内部電極層８ａを侵食し、且つ内部電極層８ａに隣接する誘電体膜４ａ及びマスク２０ｃを侵食しないものを用いればよく、例えば、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）水溶液を用いればよい。
【００５２】
次に、図５（ａ）に示すように、積層体２００ｃが備える上部電極１０、誘電体層６、内部電極８及び誘電体膜４ａの表面にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーによって、完成後の薄膜コンデンサ１００が備える誘電体層４に対応したパターンを有するマスク２０ｄを形成する。マスク２０ｄの形成後、誘電体膜４ａをエッチング液でエッチングして、誘電体層４を形成する（図５（ｂ）参照）。誘電体層４を形成した後、上部電極１０、誘電体層６、内部電極８及び誘電体層４の表面を被覆するマスク２０ｄを洗浄する。なお、誘電体層４を形成するためのフォトレジストとしては、例えば、東京応化社製OFPR-800を用いればよい。また、誘電体層４を形成するためのエッチング液としては、誘電体膜４ａを侵食し、且つ誘電体膜４ａに隣接する下地電極２及びマスク２０ｄを侵食しないものを用いればよく、例えば、塩酸＋フッ化アンモニウム水溶液を用いればよい。
【００５３】
誘電体４の形成後、積層体２００ｄが備える下地電極２、誘電体層４、内部電極８、誘電体層６及び上部電極１０の表面を覆うようにカバー層１４を形成すると共に、カバー層１４の上面に、一対の端子電極１２ａ、１２ｂを形成する。一方の端子電極１２ａは、下地電極２及び上部電極１０と電気的に接続させ、他方の端子電極１２ｂは、内部電極８と電気的に接続させる。これにより、図１に示す薄膜コンデンサ１００が完成する。
【００５４】
本実施形態では、内部電極層８ａが主成分としてＮｉを含有し、更に添加元素としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種（添加元素）を含有するため、Ｐｔを主成分とする従来の内部電極を用いた場合に比べて薄膜コンデンサ１００の低コスト化が可能となる。また、上記組成を有する内部電極層８ａは、誘電体膜４ａ、６ａとの焼成時に、酸化や途切れを起こし難く、また誘電体膜４ａ、６ａと反応し難い。仮に内部電極層８ａが卑金属単独からなる場合、誘電体膜４ａ、６ａとの焼成時に、内部電極層８ａが酸化や途切れを起こし易く、また誘電体膜４ａ、６ａと反応し易い傾向がある。
【００５５】
内部電極層８ａが含有する上記添加元素の中でも、焼成時における内部電極層８ａの途切れを防止する効果を得易い点において、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇの少なくともいずれかが好ましい。また、上記添加元素の中でも、焼成時に内部電極層８ａの酸化、及び内部電極層８ａと誘電体膜４ａ、６ａとの反応を抑制する効果を得易い点において、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ及びＲｅの少なくともいずれかが好ましい。また、塩化鉄水溶液をエッチング液として用いた場合にウェットエッチングを行い易い点において、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇの少なくともいずれかが好ましい。なお、仮に内部電極層８ａがＰｔのみからなる場合、ウエットプロセスによる内部電極層８ａのエッチングが難く、内部電極層８ａをドライプロセスによってエッチングせざるを得ないため、製造コストが増加してしまう。
【００５６】
内部電極層８ａに含まれる添加元素の含有量は、内部電極層８ａ全体に対して０ｍｏｌ％より大きく３０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、５〜２０ｍｏｌ％であることがより好ましく、１０〜１５ｍｏｌ％であることが更に好ましい。これにより、焼成時に内部電極層８ａの途切れが起こり難くなり、内部電極層８ａの多層化が実現できる。仮に、内部電極層８ａがＮｉのみからなる場合、焼成時に内部電極層が途切れを起こし易くなるため、内部電極層の多層化が困難となる。
【００５７】
本実施形態では、Ｎｉを主成分とする下地電極２の熱膨張係数と、誘電体膜４ａ、６ａの熱膨張係数が近い。そのため、下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜６ａを順次積層してなる第１積層体を焼成した際に、焼成後の誘電体膜４ａ、６ａに応力が発生し難くなり、誘電体膜４ａ、６ａの誘電率が大きくなり、また誘電体膜４ａ、６ａにクラックが発生し難くなる。また、下地電極２が主成分としてＮｉを含有するため、内部電極８の剥離も起き難くなる。すなわち、Ｎｉを主成分とする下地電極２と、Ｎｉを主成分として含む内部電極８との組み合わせによって、内部電極８の剥離が防止される。
【００５８】
なお、仮に下地電極２として従来のＳｉ基板とその上に形成したＰｔからなる下地電極とを用いると、Ｓｉ基板の熱膨張係数と誘電体膜４ａ、６ａの熱膨張係数が違いすぎるため、焼成後の誘電体膜４ａ、６ａに応力が発生し易くなる。その結果、誘電体膜４ａ、６ａの誘電率が小さくなり、誘電体膜４ａ、６ａにクラックが発生し易くなる。そして、内部電極８の剥離が起き易くなる。さらに、下地電極２として従来のＳｉ基板とその上に形成したＰｔからなる下地電極を用いると、コストが高くなってしまう。
【００５９】
また本実施形態では、Ｎｉを主成分として含む内部電極層８ａの熱膨張係数と、誘電体膜４ａ、６ａの熱膨張係数が近い。そのため、下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜６ａを順次積層してなる第１積層体を焼成した際に、焼成後の誘電体膜４ａ、６ａに応力が発生し難くなり、誘電体膜４ａ、６ａの誘電率が大きくなり、また誘電体膜４ａ、６ａにクラックが発生し難くなる。また、Ｎｉを主成分として含む内部電極層８ａは、誘電体膜４ａ、４ｂが焼結する程度の高温で焼成した際に融解し難いため、焼成後の内部電極層８ａの途切れが起き難い。
【００６０】
また本実施形態では、下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜６ａを順次積層してなる第１積層体を焼成した後に、積層体において下地電極２の反対側に位置する表面に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極層１０ａを形成する。この上部電極層１０ａを誘電体膜４ａ、４ｂの焼成温度より低温で熱処理することによって、リーク電流を減少させることができる薄膜コンデンサ１００を得ることができる。
【００６１】
なお、仮にＰｔ等の白金族からなる上部電極１０を用いた場合、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極１０を用いた場合に比べて、薄膜コンデンサ１００が高価なものとなり、またリーク電流が大きくなる傾向がある。また、Ｐｔ電極の場合、リーク電流を減少させるためには、誘電体膜４ａ、６ａが焼結する程度の高温の酸化雰囲気で熱処理する必要があるが、Ｎｉなど卑金属を用いると、Ｐｔの場合とは異なり、電極が酸化し、電極として機能しなくなるため、高温の熱処理が不可能であった。本発明の積層構造では、第２積層体２００の上部電極層１０ａにＣｕ又はＣｕ合金を用いることにより、低温の熱処理でリーク電流が低下することを本発明者は見出した。
【００６２】
また、従来の製造方法では、内部電極のパターニング形成と誘電体層の結晶化が繰り返されるため、高温の熱処理が繰り返して行われる。そのため、パターニング近傍の酸化が激しく、特にパターニングにより内部電極が露出した部分は、そのダメージが大きい。これに対して上記製造方法のように下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜６ａを順次積層してなる第１積層体を一括焼成する（すなわち２つ以上の誘電体膜を一度に焼成する）場合、内部電極層８ａが保護された状態であり、且つ、一度の高温熱処理により焼成が行われるため、従来の製造方法と比較して、内部電極層８ａへのダメージを少なくすることができる。
【００６３】
（薄膜コンデンサの製造方法の他の実施例）
上記の薄膜コンデンサ１００の製造方法では、第１積層体を焼成した後に、焼成後の第１積層体における下地電極２の反対側に位置する表面に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる上部電極層１０ａを形成して、下地電極２、誘電体膜４ａ，６ａ、内部電極層８ａ及び上部電極層１０ａを備える第２積層体２００を形成し、第２積層体２００の誘電体膜４ａ，６ａ、内部電極層８ａ及び上部電極層を１０ａそれぞれウェットエッチングすることによって、誘電体層４，６、内部電極８及び上部電極１０をそれぞれ形成する方法について説明した。しかしながら、上記の薄膜コンデンサの製造方法は、上部電極１０がＣｕ又はＣｕ合金とは異なる材料、すなわち、半導体やディスプレイなどで用いられるＡｌ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｎ，Ｎｉなどの配線材料からなる場合にも適用できる。
【００６４】
すなわち、上部電極１０としてＣｕ又はＣｕ合金とは異なる材料を用いて薄膜コンデンサを製造した場合であっても、ウエットプロセスにより内部電極層８ａのエッチングを行うことができるため、ドライプロセスによってエッチングをする場合と比較して、コストの低減を実現することができる。これは、内部電極層８ａがウェットエッチングに好適な材料からなるためであり、具体的には、主成分としてＮｉを含有し、更に添加元素としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ及びＡｇからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有するためである。なお、Ｃｕ又はＣｕ合金に代わる上部電極１０の材料としては、例えばＮｉが好適に用いられる。また、Ｎｉからなる上部電極層１０ａは、Ｎｉをターゲットとするスパッタリングにより焼成後の第１積層体の表面に形成することができる。また、上部電極１０としてＮｉを用いた場合であっても、上部電極層１０ａを形成する前に行われる誘電体膜４ａ，６ａの焼成を第１積層体の状態で一括して行うことによる内部電極層８ａに対するダメージの低減効果は当然ながら同様である。
【００６５】
また、上記の薄膜コンデンサ１００の製造方法では、Ｎｉを主成分として含有する下地電極２を用いて説明しているが、Ｎｉを主成分とする材料とは異なる材料を下地電極２として用いることもできる。Ｎｉを主成分とする材料に代わる下地電極２の材料としては、例えばＣｕを主成分とする材料やＳｉ基板上に下地電極としてＰｔを形成したものが好適に用いられる。なお、下地電極２に用いられる材料を変更した場合であっても、誘電体膜４ａ，６ａの焼成を第１積層体の状態で一括して行うことによる内部電極層８ａに対するダメージの低減効果は同様である。
【００６６】
以上、本発明に係る薄膜コンデンサ及び薄膜コンデンサの製造方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。
【００６７】
例えば、各誘電体膜４ａ、６ａは、第１積層体の状態で一括して焼成しなくてもよく、例えば、誘電体膜４ａを成膜した直後に一度焼成を行い、誘電体膜６ａを成膜した直後に再度焼成を行ってもよい。
【００６８】
また、図６に示すように、薄膜コンデンサ１００ａが、誘電体層６０を介して積層された複数（例えば４層）の内部電極８を備えていても良い。これにより、薄膜コンデンサ１００ａの静電容量をより増加させることができる。また、下地電極２が基板を兼ねる構成について説明したが、下地電極と基板とは異なる材料からなる構成であってもよい。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７０】
（試料２ｄ）
まず、３０μｍ厚のＮｉ箔（図１の下地電極２）の表面を鏡面状に研磨した。次に、ＢａＴｉＯ３をターゲットとしたスパッタリングによって、研磨されたＮｉ箔の表面にＢａＴｉＯ３膜（誘電体膜４ａ）を成膜した。なお、スパッタリングでは、Ｎｉ箔の温度を２５０℃に保持した。ＢａＴｉＯ３膜の厚さは２００ｎｍとした。
【００７１】
次に、主成分としてＮｉを含有し、更に添加元素としてＰｄを１５ｍｏｌ％含有するＮｉ系金属をターゲットとしたスパッタリングによって、Ｎｉ系金属からなる層（内部電極層８ａ）をＢａＴｉＯ３膜（誘電体膜４ａ）の表面に形成した。内部電極層８ａの厚さは２００ｎｍとした。
【００７２】
次に、ＢａＴｉＯ３をターゲットとしたスパッタリングによって、ＢａＴｉＯ３膜（誘電体膜６ａ）を内部電極層８ａの表面に成膜し、下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜６ａの４層からなる第１積層体を複数形成した。なお、スパッタリングでは、Ｎｉ箔の温度を２５０℃に保持した。ＢａＴｉＯ３膜（誘電体膜６ａ）の厚さは２００ｎｍとした。
【００７３】
次に、真空雰囲気中で第１積層体を８００℃で焼成し、２つのＢａＴｉＯ３膜（誘電体膜４ａ、６ａ）を焼結させた。焼成後に得られた第１積層体の表面を光学顕微鏡で観察して、内部電極層８ａの途切れの有無を調べた。誘電体膜４ａ、６ａは透明であるため、内部電極層８ａの途切れを観察することができる。結果を表１に示す。この観察により、内部電極層８ａの途切れが無かった場合、「無」と評価し、顕微鏡の視野１００μｍ２での領域で数点の途切れ箇所が観察された場合、「小」と評価し、内部電極層８ａの穴（途切れ）が露出して、完成後の薄膜コンデンサ１００においてショートが発生した場合、および顕微鏡の視野１００μｍ２での領域で２０点以上の途切れ箇所が観察された場合は、「大」と評価した。
【００７４】
第１積層体の焼成後、第１積層体においてＮｉ箔の反対側に位置する表面に、Ｃｕからなる上部電極層１０ａを形成して、下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ、誘電体膜６ａ及び上部電極層１０ａの５層からなる第２積層体２００を形成した（図２（ａ）参照）。なお、上部電極層１０ａは、Ｃｕをターゲットとするスパッタリングにより形成した。次に、真空雰囲気中で第２積層体２００を３１０℃で熱処理した。
【００７５】
熱処理後、第２積層体が備える上部電極層１０ａ、誘電体膜６ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜４ａを、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す手順でウェットエッチングすることによって、上部電極１０、誘電体層６、内部電極８及び誘電体層４を順次形成し、図５（ｂ）に示す積層体２００ｄを得た。なお、上部電極層１０ａのウェットエッチングでは、フォトレジストとして東京応化社製OFPR-800を用い、エッチング液として過硫酸アンモニウム水溶液を用いた。誘電体膜６ａのウェットエッチングでは、フォトレジストとして東京応化社製OFPR-800を用い、エッチング液として塩酸＋フッ化アンモニウム水溶液を用いた。内部電極層８ａのウェットエッチングでは、フォトレジストとして東京応化社製OFPR-800を用い、エッチング液として塩化鉄（ＦｅＣｌ３）水溶液を用いた。誘電体膜４ａのウェットエッチングでは、フォトレジストとして東京応化社製OFPR-800を用い、エッチング液として塩酸＋フッ化アンモニウム水溶液を用いた。
【００７６】
内部電極層８ａのウェットエッチング後（誘電体膜４ａのウェットエッチングを行う前）に、得られた内部電極８の形状を評価した。結果を表２に示す。表２では、図４のマスク２０ｃに対応した形状を有する所望の内部電極８が形成された場合、「○」と評価し、マスク２０ｃで被覆されていなかった内部電極層８ａの一部が、残渣として誘電体膜４ａの表面に残存していた場合、「△」と評価し、マスク２０ｃに対応した形状を有する内部電極８を形成できず、薄膜コンデンサ１００を完成させることができなかった場合、「×」と評価した。
【００７７】
次に、積層体２００ｄが備える下地電極２、誘電体層４、内部電極８、誘電体層６及び上部電極１０の表面を覆うように、ポリイミドからなるカバー層１４を形成した。次に、カバー層１４の上面に、上部電極１０、内部電極８及び下地電極２にそれぞれ通じる穴をそれぞれ形成した後、スパッタリングによって、Ｃｕからなる一対の端子電極１２ａ、１２ｂを形成して、１００５サイズの薄膜コンデンサ１００を複数得た（図１参照）。なお、一方の端子電極１２ａは、カバー層１４に形成された穴を通じて、下地電極２及び上部電極１０と電気的に接続させ、他方の端子電極１２ｂは、カバー層１４に形成された穴を通じて、内部電極８と電気的に接続させた。
【００７８】
得られた薄膜コンデンサ１００の一つを積層方向に垂直な断面で切断し、内部電極８の表面（誘電体層４、６との界面）を光学顕微鏡で観察して、内部電極８の酸化の有無を調べた。結果を表３に示す。表３では、内部電極８の酸化物が見付からなかった場合、「○」と評価し、内部電極８の酸化物が見付かった場合、または、酸化物として判断できなかった場合でも完成後の薄膜コンデンサ１００において静電容量を得られなかった場合、および完成後の薄膜コンデンサ１００の静電容量が著しく低下して、２０ｎＦ未満であった場合、およびｔａｎδが２０％以上の場合「×」と評価した。
【００７９】
（試料１ａ〜２ｃ、２ｅ〜１３ｆ）
内部電極層８ａに含有させる添加元素、及び添加元素の添加量を表１〜３に示す値としたこと以外は、試料２ｄの場合と同様に、試料１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅ、２ｆ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆの薄膜コンデンサ１００をそれぞれ作製した。また、試料２ｄの場合と同様に、これらの試料の内部電極層８ａの途切れの有無、ウェットエッチング後に得られた内部電極８の形状、及び薄膜コンデンサ１００における内部電極８の酸化の有無をそれぞれ評価した。結果を表１〜３に示す。
【００８０】
【表１】
0005267251.tif 000002
【００８１】
【表２】
0005267251.tif 000003
【００８２】
【表３】
0005267251.tif 000004
【００８３】
（試料２ｄｄ）
上部電極をＣｕ電極からＮｉ電極に変更した以外は、試料２ｄの場合と同様に試料２ｄｄの薄膜コンデンサ１００を作製した。すなわち、具体的には、図２（ａ）に示す試料２ｄの作製方法と同様の方法により第１積層体を焼成した後、第１積層体においてＮｉ箔の反対側に位置する表面に、Ｎｉからなる上部電極層１０ａを形成して、下地電極２、誘電体膜４ａ、内部電極層８ａ、誘電体膜６ａ及び上部電極層１０ａの５層からなる第２積層体２００を形成した。ただし、上部電極層１０ａとしてはＣｕではなく、Ｎｉを用いている。上部電極層１０ａは、Ｎｉをターゲットとするスパッタリングにより形成した。次に、真空雰囲気中で第２積層体２００を３１０℃で熱処理した。
【００８４】
熱処理後、第２積層体が備える上部電極層１０ａ、誘電体膜６ａ、内部電極層８ａ及び誘電体膜４ａを、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す手順でウェットエッチングすることによって、上部電極１０、誘電体層６、内部電極８及び誘電体層４を順次形成し、図５（ｂ）に示す積層体２００ｄを得た。なお、Ｎｉからなる上部電極層１０ａのウェットエッチングでは、フォトレジストとして東京応化社製OFPR-800を用い、エッチング液として塩化鉄（ＦｅＣｌ３）水溶液を用いた。以降の工程は試料２ｄと同様の方法により、試料２ｄｄの薄膜コンデンサ１００を作製した。
【００８５】
（試料１４）
試料１４として、図６に示すように、４層の内部電極８を備える１００５サイズの薄膜コンデンサ１００ａを作製した。なお、以下に示すように、誘電体膜の形成方法、焼成のタイミング、及び誘電体層６０の厚さ以外は、試料２ｄの場合と同様に、試料１４の薄膜コンデンサ１００ａを作製した。
【００８６】
薄膜コンデンサ１００ａの作製では、各誘電体膜（エッチング前の誘電体層６０）をＣＳＤ（Chemical  Solution  Deposition）法で成膜した。また、各誘電体膜を成膜する度に、各誘電体膜を真空中で８００℃に加熱して逐次焼成した。すなわち、試料１４の薄膜コンデンサ１００ａを作製する際は、５層の誘電体膜を焼結させるために、５回焼成を行った。また、各誘電体層６０の厚さは３００ｎｍとした。
【００８７】
（試料１５）
シリコン単結晶基板（以下、「基板」と記す。）の表面を熱酸化して、ＳｉＯ２層を形成した。次に、ＴｉＯ２をターゲットとしたスパッタリングにより、密着層としてＴｉＯ２層をＳｉＯ２層の表面に形成した。スパッタリング中、基板は室温に保持した。また、スパッタリングは酸素雰囲気中で行った。ＴｉＯ２層の膜厚は２０ｎｍとした。
【００８８】
次に、スパッタリングにより、Ｐｔからなる下地電極をＴｉＯ２層の表面に形成した。下部電極の厚さは２００ｎｍとした。
【００８９】
下地電極の形成後、ＢａＴｉＯ３をターゲットとしたスパッタリングにより、誘電体膜を下地電極の表面に成膜した。誘電体膜を成膜するためのスパッタリングでは、基板を２５０℃に保持した。誘電体膜の膜厚は２００ｎｍとした。
【００９０】
誘電体膜を成膜した後、シリコン単結晶基板、ＳｉＯ２層、ＴｉＯ２層、下地電極及び誘電体膜からなる積層体を焼成した。焼成は、真空中で行い、焼成温度は８００℃とした。この焼成で誘電体膜を焼結させた。
【００９１】
次に、スパッタリングにより、Ｐｔからなる内部電極層を誘電体膜の表面に形成した。内部電極の厚さは２００ｎｍとした。
【００９２】
ＢａＴｉＯ３をターゲットとしたスパッタリングにより、誘電体膜を内部電極の表面に成膜し、シリコン単結晶基板、ＳｉＯ２層、ＴｉＯ２層、下地電極、誘電体膜、内部電極層、及び誘電体膜が順次積層されてなる試料１５の第１積層体を形成した。なお、内部電極層上に誘電体膜を成膜するスパッタリングでは、基板を２５０℃に保持した。内部電極層上に成膜した誘電体膜の膜厚は２００ｎｍとした。
【００９３】
次に、真空雰囲気中で試料１５の第１積層体を８００℃で焼成し、内部電極層上に形成した誘電体膜を焼結させた。積層体の焼成後、積層体においてシリコン単結晶基板の反対側に位置する表面に、Ｐｔからなる上部電極層を形成した。なお、上部電極層は、Ｐｔをターゲットとするスパッタリングにより形成した。これにより、シリコン単結晶基板、ＳｉＯ２層、ＴｉＯ２層、下地電極、誘電体膜、内部電極層、誘電体膜及び上部電極層の８層からなる試料１５の第２積層体を形成した。次に、真空雰囲気中で試料１５の第２積層体を３１０℃で熱処理した。
【００９４】
熱処理した試料１５の第２積層体が備える上部電極層、誘電体膜、内部電極層及び誘電体膜を、フォトリソグラフィーを用いて順次パターニングした。これにより、上部電極層、誘電体膜、内部電極層及び誘電体膜を順次形成した。なお、誘電体層はウェットエッチングによって形成し、Ｐｔからなる内部電極及び上部電極はそれぞれドライエッチングによって形成した。
【００９５】
次に、試料１５の第２積層体が備える下地電極、誘電体層、内部電極、誘電体層及び上部電極の表面を覆うように、ポリイミドからなるカバー層を形成した。次に、カバー層の上面に、上部電極、内部電極及び下地電極にそれぞれ通じる穴をそれぞれ形成した後、スパッタリングによって、Ｃｕからなる一対の端子電極を形成して、１００５サイズの薄膜コンデンサ１００を得た。なお、一方の端子電極は、カバー層に形成された穴を通じて、下地電極及び上部電極と電気的に接続させ、他方の端子電極は、カバー層に形成された穴を通じて、内部電極と電気的に接続させた。
【００９６】
以上のようにして作製した試料１５の薄膜コンデンサは、ＳｉＯ２層を有するＳｉ基板と、ＳｉＯ２層上に積層されたＴｉＯ２層と、ＴｉＯ２層上に積層されたＰｔからなる下地電極と、下地電極上に積層された第１の誘電体層と、第１の誘電体層上に積層されたＰｔからなる内部電極と、内部電極上に積層された第２の誘電体層と、第２の誘電体層上に積層されたＰｔからなる上部電極と、を備える薄膜コンデンサであり、従来型の薄膜コンデンサである。
【００９７】
（静電容量及びリーク電流の測定）
試料２ｄの薄膜コンデンサ１００、試料２ｄｄの薄膜コンデンサ１００、試料１４の薄膜コンデンサ１００ａ及び試料１５の薄膜コンデンサの静電容量及びリーク電流をそれぞれ測定した。なお、リーク電流を測定する際に各コンデンサに印加する電圧は２Ｖとした。
【００９８】
試料２ｄの薄膜コンデンサ１００の静電容量は３５．６ｎＦであり、試料１５の薄膜コンデンサの静電容量は１７．６ｎＦであった。また、試料２ｄの薄膜コンデンサ１００のリーク電流は３．３×１０−９Ａであり、試料１５の薄膜コンデンサのリーク電流は２．８×１０−７Ａであった。
【００９９】
以上の結果から、Ｎｉからなる下地電極２と、下地電極２上に積層された誘電体層４と、
誘電体層４上に積層され、主成分としてＮｉを含有し、添加元素としてＰｄを１５ｍｏｌ％含有する内部電極８と、内部電極８上に積層された誘電体層６と、誘電体層８上に積層され、Ｃｕからなる上部電極１０と、を備える試料２ｄの薄膜コンデンサ１００では、従来型である試料１５の薄膜コンデンサに比べて、静電容量が２倍以上大きく、またリーク電流が略２桁小さいことが確認された。
【０１００】
また、試料２ｄｄの薄膜コンデンサ１００の静電容量は３６．０ｎＦであり、リーク電流は２．８×１０−８Ａであった。このように、上部電極をＮｉに変更した試料２ｄｄの薄膜コンデンサ１００についても、従来型である試料１５の薄膜コンデンサに比べて、静電容量が２倍以上大きく、またリーク電流が略１桁小さいことが確認された。
【０１０１】
また、試料１４の薄膜コンデンサ１００ａの静電容量は９０．６ｎＦであり、リーク電流は４．３×１０−９Ａであった。このように、本発明によれば、１００５サイズの薄膜コンデンサ１００ａで、４０ｎＦ以上の高容量を実現できることが確認された。
【符号の説明】
【０１０２】
２・・・下地電極、４、６、６０・・・誘電体層、４ａ、６ａ・・・誘電体膜、８・・・内部電極、８ａ・・・内部電極層、１０・・・上部電極、１０ａ・・・上部電極層、１２ａ、１２ｂ・・・端子電極、１４・・・カバー層、１００、１００ａ・・・薄膜コンデンサ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ・・・マスク、２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ・・・積層体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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